Mikä on dielektrisyysvakio

Jokaisella meitä ympäröivällä aineella tai keholla on tiettyjä sähköisiä ominaisuuksia. Tämä johtuu molekyyli- ja atomirakenteesta: varautuneiden hiukkasten läsnäolo keskenään sitoutuneessa tai vapaassa tilassa.

Kun aineeseen ei vaikuta ulkopuolinen sähkökenttä, nämä hiukkaset jakautuvat siten, että ne tasapainottavat toisiaan eivätkä luo ylimääräistä sähkökenttää koko kokonaistilavuuteen. Jos sähköenergiaa käytetään ulkoisesti molekyylien ja atomien sisällä, tapahtuu varausten uudelleenjakautuminen, mikä johtaa oman sisäisen sähkökentän luomiseen, joka on suunnattu ulkoista vastaan.

Jos käytetyn ulkoisen kentän vektori on merkitty «E0»:ksi ja sisäinen «E», niin kokonaiskenttä «E» on näiden kahden suuren energian summa.

Sähkössä aineet on tapana jakaa:

• johdot;

• dielektrikot.

Tämä luokitus on ollut olemassa pitkään, vaikka se on melko mielivaltainen, koska monilla kappaleilla on erilaisia ​​​​tai yhdistettyjä ominaisuuksia.

Kapellimestarit

Johtimena käytetään kantoaaltoja, joissa on ilmaisia ​​maksuja.Useimmiten metallit toimivat johtimina, koska niiden rakenteessa on aina vapaita elektroneja, jotka voivat liikkua koko aineen tilavuudessa ja samalla osallistua lämpöprosesseihin.

Kun johdin eristetään ulkoisten sähkökenttien vaikutuksesta, siinä syntyy positiivisten ja negatiivisten varausten tasapaino ionihiloista ja vapaista elektroneista. Tämä tasapaino tuhoutuu välittömästi, kun johdin sähkökentässä - johtuen energiasta, jolla varattujen hiukkasten uudelleenjakautuminen alkaa ja ulkopinnalle ilmestyy epätasapainoisia varauksia positiivisilla ja negatiivisilla arvoilla.

Tätä ilmiötä kutsutaan yleensä sähköstaattiseksi induktioksi... Varauksia, joita se lataa metallien pinnalle, kutsutaan induktiovarauksiksi.

Johtimeen muodostuneet induktiiviset varaukset muodostavat itsekentän E ', joka kompensoi ulkoisen E0:n vaikutusta johtimen sisällä. Siksi sähköstaattisen kokonaiskentän arvo kompensoidaan ja on yhtä suuri kuin 0. Tässä tapauksessa kaikkien pisteiden potentiaalit sekä sisällä että ulkopuolella ovat samat.

Saatu johtopäätös osoittaa, että johtimen sisällä, vaikka ulkoinen kenttä olisi kytketty, ei ole potentiaalieroa eikä sähköstaattisia kenttiä. Tätä tosiasiaa käytetään suojauksessa — indusoituneille kentille herkkien ihmisten ja sähkölaitteiden, erityisesti tarkkuusmittauslaitteiden ja mikroprosessoriteknologian, sähköstaattisen suojauksen menetelmän soveltamisessa.

Suojattuja vaatteita ja jalkineita, jotka on valmistettu johtavista langoista, mukaan lukien hatut, käytetään sähkössä suojaamaan henkilöstöä, joka työskentelee korkeajännitelaitteiden aiheuttaman kohonneen jännitteen olosuhteissa.

Dielektriset

Tämä on eristäviä ominaisuuksia omaavien aineiden nimi. Ne sisältävät vain yhteenliitettyjä maksuja, eivät ilmaisia. Niissä kaikissa on positiivisia ja negatiivisia hiukkasia sitoutuneena neutraaliin atomiin, joilta on riistetty liikkumisvapaus. Ne ovat jakautuneet eristeen sisällä eivätkä liiku käytetyn ulkoisen kentän E0 vaikutuksesta.

Sen energia aiheuttaa kuitenkin edelleen tiettyjä muutoksia aineen rakenteessa — atomien ja molekyylien sisällä positiivisten ja negatiivisten hiukkasten suhde muuttuu ja aineen pinnalle ilmaantuu liiallisia, epätasapainoisia siihen liittyviä varauksia, jotka muodostavat sisäisen sähkökentän. E '. Se on suunnattu ulkopuolelta kohdistettua jännitystä vastaan.

Tätä ilmiötä kutsutaan dielektriseksi polarisaatioksi... Sille on tunnusomaista se, että aineen sisään ilmestyy sähkökenttä E, joka muodostuu ulkoisen energian E0 vaikutuksesta, mutta jota heikentää sisäisen E':n oppositio.

Polarisaatiotyypit

Sitä on kahta tyyppiä eristeiden sisällä:

1. suuntaus;

2. elektroninen.

Ensimmäisellä tyypillä on lisänimi dipolipolarisaatio. Se on ominaista dielektreille, joiden keskipisteet ovat siirtyneet negatiivisissa ja positiivisissa varauksissa ja jotka muodostavat mikroskooppisten dipolien molekyylejä - kahden varauksen neutraalin joukon. Tämä on ominaista vedelle, typpidioksidille, rikkivedylle.

Ilman ulkoisen sähkökentän vaikutusta tällaisten aineiden molekyylidipolit suuntautuvat kaoottisella tavalla toimintalämpötilassa tapahtuvien prosessien vaikutuksesta. Samanaikaisesti sähkövarausta ei ole missään sisätilavuuden kohdassa ja eristeen ulkopinnalla.

Tämä kuva muuttuu ulkoisesti syötetyn energian vaikutuksesta, kun dipolit muuttavat hieman suuntautumistaan ​​ja pinnalle ilmestyy kompensoimattomia makroskooppisia sidottuja varauksia muodostaen kentän E', jonka suunta on päinvastainen kuin kohdistettu E0.

Tällaisessa polarisaatiossa lämpötilalla on suuri vaikutus prosesseihin, mikä aiheuttaa lämpöliikettä ja luo häiritseviä tekijöitä.

Elektroninen polarisaatio, elastinen mekanismi

Se ilmenee ei-polaarisissa eristeissä - erityyppisissä materiaaleissa, joissa on molekyylejä, joilla ei ole dipolimomenttia ja jotka ulkoisen kentän vaikutuksesta deformoituvat siten, että positiiviset varaukset suuntautuvat E0-vektorin suuntaan, ja negatiiviset varaukset suuntautuvat vastakkaiseen suuntaan.

Tämän seurauksena jokainen molekyyleistä toimii sähköisenä dipolina, joka on suunnattu käytettävän kentän akselia pitkin. Tällä tavalla ne luovat ulkopinnalle kenttänsä E 'vastakkaiseen suuntaan.

Tällaisissa aineissa molekyylien muodonmuutos ja siten ulkoisen kentän vaikutuksesta johtuva polarisaatio ei riipu niiden liikkeestä lämpötilan vaikutuksesta. Metaani CH4 voidaan mainita esimerkkinä ei-polaarisesta dielektristä.

Kahden erityyppisen dielektriikkatyypin sisäisen kentän numeerinen arvo muuttuu ensin suuruusluokassa suoraan suhteessa ulkoisen kentän kasvuun, ja sitten, kun saturaatio saavutetaan, ilmaantuu epälineaariset efektit. Ne syntyvät, kun kaikki molekyylidipolit ovat järjestetty polaaristen eristeiden voimalinjoja pitkin tai ei-polaarisen aineen rakenteessa on tapahtunut muutoksia, jotka johtuvat atomien ja molekyylien voimakkaasta muodonmuutoksesta ulkopuolelta kohdistetun suuren energian vaikutuksesta.

Käytännössä tällaiset tapaukset ovat harvinaisia ​​- yleensä eristyksen vika tai epäonnistuminen tapahtuu aikaisemmin.

Dielektrisyysvakio

Eristysmateriaaleista tärkeä rooli on sähköisillä ominaisuuksilla ja sellaisilla indikaattoreilla kuin dielektrisyysvakio... Se voidaan mitata kahdella eri ominaisuudella:

1. itseisarvo;

2. suhteellinen arvo.

Termiä absoluuttinen dielektrisyysvakio aineet εa käytetään viitattaessa Coulombin lain matemaattiseen merkintään. Se yhdistää kertoimen εα muodossa induktion D ja intensiteetin E vektorit.

Muistakaamme, että ranskalainen fyysikko Charles de Coulomb tutki omaa vääntötasapainoaan käyttäen sähköisten ja magneettisten voimien lakeja pienten varautuneiden kappaleiden välillä.

Väliaineen suhteellisen läpäisevyyden määrittämistä käytetään karakterisoimaan aineen eristäviä ominaisuuksia. Se arvioi kahden pistevarauksen välisen vuorovaikutusvoiman suhteen kahdessa eri tilanteessa: tyhjiössä ja työympäristössä. Tässä tapauksessa tyhjiöindeksit otetaan 1:ksi (εv = 1), kun taas todellisilla aineilla ne ovat aina korkeampia, εr> 1.

Numeerinen lauseke εr esitetään dielektriikkojen polarisaation vaikutuksella selitettävänä dimensioton suureena ja sitä käytetään arvioimaan niiden ominaisuuksia.

Yksittäisten väliaineiden dielektrisyysvakioarvot (huoneenlämpötilassa)

Aine ε Aine ε Segnetsuola 6000 Timantti 5.7 Rutiili (optisella akselilla) 170 Vesi 81 Polyeteeni 2.3 Etanoli 26.8 Pii 12.0 Kiille 6 Lasilasi 5-16 Hiilidioksidi 1.000926 Hiilidioksidi 1.000926 NaCl 5.21. .322 Ilma (760 mmHg) 1,00057